矿区地质环境治理中提高植被存活率的取样分析技术与应用

刘建章

（山东省地质矿产勘查开发局第四地质大队（山东省第四地质矿产勘查院），山东 潍坊 261021）

1 现有提高植被存活率的取样分析技术的不足

矿山开采区实现植被覆盖后须确保植被健康生长，提高植被的存活率需要取样分析装置，现有的取样分析多为抽取植被茎叶的汁液进行调查，时间较慢，观察周期较长，直接对茎叶观察，无法了解根部的生长情况[1]。

2 提高矿山开采区植被存活率的取样分析装置的结构设计

参考图1~3，取样分析装置包括杆体2和取样管19，杆体2和取样管19垂直于其长度方向的横截面均为圆形，取样管19的内腔存放取样土壤，杆体2的下端开设有圆形凹槽，圆形凹槽内壁开设有内螺纹13，取样管19上端开设有环形槽，环形槽内开设有与内螺纹13适配的外螺纹14，杆体2和取样管19螺纹连接，杆体2和取样管19分离后、方便取样管19倒出取样土壤，取样管19下端设有环形刀7，环形刀7的刀刃部分朝下，环形刀7方便本实用新型插入土壤内部进行取样；取样管19的外周侧套设有滑动套筒4，滑动套筒4方便操作人员对取样管19下降时进行扶持或施力，滑动套筒4下端固定安装有环形的滑动板12，滑动板12套设在取样管19上，滑动板12的下侧固定安装有若干个弹簧6，弹簧6的下侧安装有环形的连接板11，连接板11套设在环形限位板18上，连接板11的下侧旋转安装有旋转件15，旋转件15的下侧旋转安装有若干个弧形板10，弧形板10下端接触地面对滑动套筒4支撑，弧形板10在本实用新型未使用状态下对环形刀7进行保护作用。

图1 装置结构示意图

3 定位组件的结构设计

所杆体2外周侧沿其竖直方向开设有若干个定位孔3，其中一个定位孔3内安装有适配的定位件5，定位件5位于滑动套筒4的上侧，定位件5可拆卸且在安装至定位孔3内时对滑动套筒4起到限位的作用，操作人员可根据需要取样土壤的深浅对定位件5进行选择安装在哪个定位孔3内。

图2 装置拆开后示意图

图3 装置使用状态示意图

图中数字标记如下：1握把、2杆体、3定位孔、4滑动套筒、5定位件、6弹簧、7环形刀、8辅助件、9弹性绳、10弧形板、11连接板、12滑动板、13内螺纹、14外螺纹、15旋转件、16弹性件、17约束杆、18环形限位板、19取样管。

4 防掉落装置的结构设计

取样管19内安装有防掉落装置，防掉落装置包括若干个等角度旋转安装在取样管19内壁的弹性件16，弹性件16为可发生形变且能恢复形变的弹性橡胶圈或者弹性硅胶圈，弹性件16外周侧沿水平方向安装有约束杆17，约束杆17防止进入到取样管19内的土壤掉落，弹性件16的下侧安装有环形限位板18，环形限位板18沿竖直方向向上逐渐外扩，保证既能对土壤进行取样，又能对约束杆17进行限位，环形限位板18的上侧与约束杆17的下侧接触，取样时土壤推动约束杆17，因弹性件16自身可发生形变且能恢复形变从而使约束杆17有转动的条件，使土壤能够进入取样管19的内部，环形限位板18防止约束杆17因向下转动而丧失对土壤的约束能力。

图4 为图3中A处放大结构示意图。

5 进一步的结构优化设计

杆体2上端设有握把1，握把1方便操作人员把本实用新型插入土壤内部进行取样。滑动套筒4的外周侧设有防滑齿纹，防止操作人员对取样管19进行扶持或施力时滑动套筒4滑动。弧形板10外周侧安装有环状的弹性绳9，在取样管19取样后，弹性绳9受自身弹性作用收缩，使弧形板10贴在环形刀7的外侧，对环形刀7起到保护作用，同时防止环形刀7碰伤操作人员。弧形板10的下端安装有辅助件8，在环形刀7下降过程中带动弧形板10在旋转件15上转动，弧形板10转动带动辅助件8转动，辅助件8扒开土壤表面的叶子或防水土流失的布状物体等，使环形刀7能顺利插入土壤内部进行取样[2,3]。

6 取样分析装置使用方法

在使用时：确定需要取样分析的位置后，操作人员一手拿握把1施力、一手握住滑动套筒4进行扶持，杆体2通过取样管19带动环形刀7插入土壤内部，在环形刀7插入土壤内部时，土壤进入取样管19内部，完成取样，取样完成后拉取握把1从土壤中拔出环形刀7，通过旋转杆体2或取样管19，使转杆体2和取样管19分离，倒出取样管19内的样体，对样体观察植草的根部生长情况、植草根部土壤的干湿程度以及土壤内的虫害情况，若植被或土壤存在问题及时对周围植被进行治理，取样完成后对周围环境恢复原貌，另外可对取样的植被喷洒生根剂，生根剂减少取样对根部带来的影响。

在取样时，杆体2通过取样管19带动环形刀7下降，在环形刀7下降过程中带动弧形板10绕旋转件15转动，弧形板10转动带动辅助件8转动，辅助件8扒开土壤表面的叶子或防水土流失的布状物体等，使环形刀7能顺利插入土壤内部进行取样，若不能扒开防水土流失的布状物体等物体，使环形刀7直接下压进行取样，取样后对防水土流失的布状物体等物体进行铺整填充；取样前先使弧形板10张开一部分，防止下压杆体2的过程中辅助件8插入土壤中无法张开。

取样时土壤推动约束杆17，因弹性件16自身可发生形变且能恢复形变从而使约束杆17有转动的条件，使土壤能够进入取样管19的内部，环形限位板18防止约束杆17因向下转动而丧失对土壤的约束能力；在取样管19完成取样后，弹性绳9受自身弹性作用收缩，使弧形板10贴在环形刀7的外侧，弧形板10对环形刀7起到保护作用且防止环形刀7碰伤操作人员。

操作人员可根据需要取样土壤的深浅对定位件5进行选择安装在哪个定位孔3内，定位件5在安装至定位孔3内时对滑动套筒4起到限位的作用，弹性绳9约束弧形板10，弧形板10保护环形刀7防止环形刀7碰伤操作人员。

弹簧6在取样过程中避免了定位件5对滑动套筒4限位过早，定位件5对滑动套筒4接触后，取样管19和环形刀7仍有一定的下移距离，适应不同位置的不同土壤厚度。

7 具体实施应用

某崩塌点地质灾害治理项目，其破损山体长100m，坡高10m～29m，治理前坡度70°～80°，坡体以强、中风化微晶灰岩及泥质灰岩为主，省道S329路两侧景观视觉效果极差。设计削坡至坡度45°～58°后进行覆土绿化：坡面植被面积约3000m2、单位播草种量约30g/m2、覆土量约300m3。

5月14日开始在坡面上按水平、竖向间距2m，用手持式风动冲击钻垂直坡面岩体钻出孔径20mm、孔深500mm钻孔，在钻孔内注入纯水泥浆后植入直径18mm、长度700mm的螺纹钢筋。

5月22日竖向每隔2m顺水平向岩钉上下密排两根直径5cm成本低廉但强度较高的竹竿骨架 。

5月26日开始逐排在顺水平向布设的两根竹竿骨架上侧铺挂一层厚约5cm的草帘，草帘与岩钉用22#铁丝扎紧；5月27日开始于坡面栅格间覆第一层种植土，厚约5cm。 6月5日于已覆第一层土上铺设5cm×5cm的土工格栅，并使格栅、草帘、岩钉、竹竿间均牢固扎结。

5月31日开始分区分层松填第一层覆土，完毕后由人工采用铁锨搭接拍击锤实面层；

6月1日开始分区分层锤面，完毕后用土工布覆盖后预淋洒水。

6月4日开始分区分层预淋洒水，完毕后揭除土工布，停待3天左右，对预淋侵蚀形成的冲沟二次补覆种植土后重新进行锤面、预淋。

6月27日全部完成植被覆盖后，于7月6日、 7月11日经历两场暴雨考验，其中7月11日的暴雨持续2天，暴雨强度达到150mm。 7月17日自检野外验收统计结果，坡植一次性存活率＝（2750－82.5）÷2750＝97%。

8 结语

本取样分析装置通过环形刀插入土壤使取样管完成取样，通过对取样结果进行观察，判断植被的根部生长情况、植被根部土壤的干湿程度以及土壤内的虫害情况，从而做出解决的办法，快速完成取样和分析过程，提高了取样效率。

本装置在取样管完成取样后，弹性绳受自身弹性作用收缩，使弧形板贴在环形刀的外侧，弧形板对环形刀起到保护作用，同时弧形板防止环形刀碰伤操作人员。

本装置在环形刀下降过程中带动弧形板在旋转件上转动，弧形板转动带动辅助件转动，辅助件扒开表面的叶子或防水土流失的布状物体等，使环形刀能顺利插入土壤内部进行取样。